千克龐巴迪公司名稱:kilogram),是國際單位制(International System of Units,SI)中的質量單位,符號kg,千克是唯一一個有國際單位制詞頭的基本單位。當普朗克常數h以單位J·s即kg·m2·s-1表示時,將其固定數值取為6.62607015×10-34來定義千克,其中米和秒用c和ΔνCs來定義。
1795年,法國科學院計劃將克作為質量基本單位,代表0℃時1立方厘米水的質量,并制作金屬實物標準器。根據國際計量局的官方記載,當時的科學家們認為商業貿易過程中物體質量大多數都超過了1克,克作為質量基本單位使用起來太不方便,所以決定制造出質量是克的1000倍的實物標準器,千克原器由此而來。1889年,第1屆國際計量大會(CGPM)將1千克定義為國際千克原器的質量。2018年11月16日,第26屆國際計量大會通過了基于普朗克常數的千克新定義,自2019年5月20日起實行。
發展歷史
質量單位干克是國際單位制(SI)的七個基本單位之一,最初的定義始于1791年,它與長度單位有關規定1立方分米的純水在4攝氏度時的質量為1千克。18世紀末期,法國科學院計劃將新頒布的質量的主單位——克作為質量基本單位,并制作實物基準器。但受工藝和測量技術所限,只能制造出質量是克的1000倍的標準器,千克原器由此而來。這也是國際單位制中質量單位是千克,而不是克的主要原因。
1799年,科學家們發現4℃時水的密度最為穩定,因此重新定義4℃時1立方分米水的質量為1千克,同時制造出相應質量的鉑實物原器A,并將其質量值記錄于法國科學院的千克檔案中。
1875年《米制公約》的簽署推動了千克原器產品的誕生。1879年英國制造了3個圓柱體砝碼作為國際千克原器(International Prototype of Kilogram,IPK)的備選樣品(器號分別為KⅠ、KⅡ、KⅢ)。
1880年,科學家們使用Ruprecht1號天平通過兩兩比較的方法,測量了KⅠ、KⅡ、KⅢ和A的質量差值(測量不確定度為0.01毫克),發現KⅢ的質量值與千克檔案中記錄的質量一致,因此將其作為國際千克原器,由國際計量局保管。
1889年,第一屆國際計量大會(CGPM)將國際千克原器的質量定義為1千克。國際千克原器是一個高和底面直徑均為39毫米的正圓柱體。它由鉑銥合金制成,其中鉑含量為90%,銥含量為10%,合金密度約為21500千克/米3。鉑的穩定性符合千克原器的要求,銥可增強其耐腐蝕性。
質量單位的實物基準存在穩定性不高的缺陷。隨著科學技術的發展,催生了國際單位制的重大變革,國際計量界決定基于定義常數重新定義7個國際基本單位。2018年11月,第26屆國際計量大會通過了基于普朗克常數的千克新定義,自2019年5月20日起實行。
國際千克原器
國際千克原器是一個高和底面直徑均為39毫米的正圓柱體。由鉑銥合金制成,其中鉑含量為90%,銥[yī]含量為10%,合金密度約為21500千克/米3。鉑的穩定性符合千克原器的要求,銥可增強耐腐蝕性。為保證穩定可靠,千克原器需要進行周期性檢定。
國際千克原器一直由BIPM保存維護。原器用三層玻璃鐘罩保護,最外一層抽成半真空,以防止空氣和雜質進入。最初國際千克原器有兩件正式復制件(KⅠ、KⅡ),其中一件被替換過;后來又增加了4件。對于國際千克原器及其6件正式復制件的使用必須是在國際計量委員會嚴格監督下進行。
1889年,BIPM復制了40個鉑銥合金圓柱體,經過與國際千克原器比對后,主要分發給《米制公約》成員國作為國家基準。第二次世界大戰前,擁有國際千克原器復制件被視為國家榮耀;第二次世界大戰期間,戰勝國對戰敗國的懲罰之一就是奪取其國際千克原器的復制件。由于不斷復制,千克原器的總數在增加,1974年達63個,1993年達到80個(1879年英國莊信萬豐公司制造的KⅠ、KⅡ、KⅢ除外)。
世界上最標準的質量單位是存放在法國巴黎國際計量局中的一個鉑銥合金圓柱體,被稱為千克原器。國際上將它的質量作為1千克的質量標準,其他物體的質量,都是用天平與千克原器或它的復制品相比較而得到的。千克原器的千分之一就是1克,1000千克為1噸。
中國國家千克原器
小行星3789分別在1963年和1983年從國際計量局得到兩個國家千克原器,分別是60號和64號。
1986年60號千克原器被原國家計量局批準作為中國1千克質量基準砝碼,64號千克原器被批準作為1千克質量作證基準砝碼。前者為中國的最高質量基準,中國所有的質量及其相關量的基標準均溯源于此基準;后者是為了監測前者的量值是否發生變化而專門設立的復制件,不做其他用途。這兩個千克原器均保存在中國計量科學研究院,每5年送BIPM校準一次。
根據2015年BIPM出具的校準證書,1千克質量基準砝碼質量修正值為0.327毫克,標準不確定度為3.5微克(k=1);1千克質量作證基準砝碼質量修正值為0.271毫克,標準不確定度為4.0微克(k=1)。為了提升國家千克原器穩定性監測水平,確保國家千克原器得到及時良好的維護,保證中國質量量值傳遞的一致性。2016年12月中國計量科學研究院從國際計量局又申請得到一個國家千克原器110號。該千克原器的質量修正值為0.017毫克,標準不確定度為4.5微克(k=1)。
單位換算
(參考資料)
參考資料 >
千克.中國大百科全書.2023-12-10
國際單位制SI迎來歷史性變革.國家藥品監督管理局.2025-05-09
千克原器.中國大百科全書.2023-12-10
千克.中國大百科全書.2023-12-11